高效澄清器在轉爐煙氣凈化水處理中的運用

李 揚

（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

1 引言

轉爐煙氣凈化是氧氣轉爐煉鋼環節中的重要組成部分，由于轉爐煙氣凈化所需的循環水量在整個鋼廠的循環水系統中占有較大比例，因此如何快速高效的處理該部分污水，成為制約鋼廠發展的重要因素之一。

2 轉爐煙氣凈化污水特性

氧氣轉爐濕法煙氣凈化的污水特性（水質、水溫、含塵量、煙塵密度、煙塵粒度、沉降特性）與煙氣凈化方式有關，而且隨不同冶煉周期的爐氣變化而變化。煙氣凈化系統中各凈化設備（一文、二文、噴淋塔等）的污水特性也有較大差異，“一文”的污水含塵量及水溫最高。

2.1 污水p H值

轉爐煙氣凈化采用未燃法，由于爐氣中的CO難溶于水，對污水的pH值影響較小，但由于冶煉時加入過量粉料石灰而使污水的pH值增高，呈堿性。

圖1為某廠30t轉爐未燃法煙氣凈化吹煉時污水pH值變化曲線。

圖1 某廠轉爐未燃法煙氣凈化吹煉時污水p H值變化曲線

0 min兌鐵水；1min時開吹；5min時加二批料；9min時升罩；11min時停吹氧、取樣；12min時加三批料；14min時倒渣取樣。16min時降槍后吹氧30s；21min時出鋼

該資料來源于北京環境保護研究所

2.2 污水水溫

污水水溫隨冶煉過程煙氣溫度的變化而變化，不吹氧時水溫較低，吹氧時水溫急劇升高，溫升最高可升幅20℃/min。

圖2為30t轉爐未燃法煙氣凈化吹煉時循環水溫度變化曲線。

抄錄某廠《氧氣轉爐煙氣凈化系統測試報告》循環水無冷卻設施，噴淋塔用凈循環水

圖2 轉爐未燃法煙氣凈化吹煉時循環水溫度變化曲線

2.3 污水含塵量

當轉爐吹煉時，在高溫下鐵的蒸發、氣流的劇烈攪拌、CO氣泡的爆裂，以及噴濺等原因，產生大量爐塵。一般在吹氧時爐塵量高，不吹氧時爐塵量低，其變化幅度很大。

煙氣凈化系統中各凈化設備（一文、二文、噴淋塔等）的污水含塵量也有較大差異，經江西某鋼廠現場實地測量，在冶煉過程中，污水含塵量最高可達14000mg/L，最低時僅820mg/L。

2.4 污水中煙塵成分、粒度、密度

煙塵的成分、粒度、密度在整個冶煉過程中也是不斷變化的，在前、后燃燒期，由于罩口吸入空氣，一部分FeO被氧化成Fe2O3，從而使粒度、密度比回收期小。煙塵粒徑在未燃燒時大部分在10μm以上，燃燒后則粒徑大部分在1μm以下。

煙塵成分見表1（鄧樣部位為一文前），煙塵顆粒分散度見表2。

表1 煙塵成分

表2 煙塵顆粒分級

某廠采用燃燒法處理煙氣，其煙塵顆粒分散度為：

煙塵密度約為4.5t/m3

煙塵堆積密度約為1.36t/m3

2.5 污水沉降特性

由于在整個冶煉過程中，煙氣凈化污水含塵量、煙塵粒徑、密度、水溫等不斷變化，導致污水沉降特性也隨之變化，給污水的沉淀帶來不利影響。未燃法煙氣凈化污水的煙塵粒徑較大，較易沉淀。

3 轉爐煙氣凈化污水處理工藝流程

3.1 水處理工藝流程概述

以江西某鋼廠為例，轉爐煙氣凈化所需循環水量為1500m3/h，主要供轉爐一文、二文及風機閥類沖洗等處用水，上述用水在使用后不僅水溫升高，水質也受到煙氣的污染，煙氣凈化污水中煙塵粒徑大于等于 60μm，占 10%～15%，大于等于 100μm，占5%～8%，這類粗顆粒易使后續的排泥管道和污泥脫水設備堵塞及泥漿泵的磨損，因此轉爐一、二文等的回水經高架流槽先進入粗顆粒分離器，去除粒徑大于等于60μm的粗顆粒，然后進入高效澄清器處理。處理后的出水，自流回轉爐濁環熱水池，再由水泵加壓上冷卻塔冷卻，冷卻后的水，由水泵加壓供給上述循環水用戶。

高效澄清器底部排泥送往轉爐泥漿調節池，之后再用臥式渣漿泵打入板框壓濾機脫水，經脫水后的泥餅送供綜合利用。

3.2 高效澄清器的工藝選型及參數

根據轉爐煙氣凈化所需循環水量為1500m3/h，進水懸浮物 SS≤6000～15000mg/L，要求處理后的出水懸浮物SS≤30mg/L，選用7臺高效澄清器，單臺處理能力為250m3/h，考慮到煙氣凈化污水的進水懸浮物變化范圍大，以及設備故障檢修等情況，故設備選型按單臺設備檢修時，其余設備仍能滿足全部污水處理要求設計。

3.3 高效澄清器的組成及工作過程

高效澄清器由以下部分組成：進水管、配水室、均布器、帶壓罐、混合管、反應室、分流器、擴散器、集水槽、保護室、分離室、絮凝室、沉降室、排泥管、集沉室、泥渣室、助沖閥、電動閥、池體、出水管、集水斗。

煙氣凈化污水在進粗顆粒分離器之前加混凝劑聚合氯化鋁（PAC），進高效澄清器進水管之前投加助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）和鈉鹽（NaCO3），有文獻表明，當單獨使用PAC時，形成的絮粒往往松散細小，不易沉淀，加入了PAM以后，有效改善了絮體結構，促使細小而松散的絮粒變得粗大而密實，沉淀效果顯著,同時，NaCO3作為緩沖溶液起到中介作用，既能去除溶于水中的Ca2+以降低硬度，又能吸收煙氣中的C02實現再生而循環利用。

上述污水經過管道混合器充分攪拌混合均勻，后進入進水管、配水室、均布器，經過混合管充分混合后，從混合管的底端落下至分流器，由于水流的巨大沖擊力以及分流器的導向作用，從而使水流以反向的方式向上進入反應室,在此過程中，經絮凝、凝聚產生的沉淀物沉降至泥渣室底部，污水在帶壓罐的罐體上部集中，此時污水與藥品進一步的充分混合與反應，然后污水從帶壓罐頂部噴出，由于帶壓罐均布器的特殊結構，使水流得以整流、穩流，從而有效的均勻分配水流，水流經過配水室流向擴散器中，并繼續進行絮凝和凝聚過程，再次產生的沉淀物沉降在集沉室的底部，同時水流經擴散器流向絮凝室繼續發生絮凝和凝聚反應并沉降，然后水流經絮凝室流向分離室進行徹底的處理，分離室由多個斜管共同組成，水流經過這里繼續絮凝和凝聚反應，從而使沉淀物沿斜管下壁下落至集沉室底部，經處理達標后的水沿斜管上壁流出分離室進入保護室穩定，保護室具有一定的抗沖擊能力。

經穩定后的清水進入集水槽，在集中流入集水斗，最終由出水管留出，集沉室底部的泥漿排放采用PLC控制，當達到設定值時，電動排泥閥開啟，自動排泥至泥漿調節池，之后再用臥式渣漿泵打入板框壓濾機脫水，經脫水后的泥餅外運供綜合利用。

3.4 與斜板沉淀器的方案對比

仍以江西某鋼廠為例，轉爐煙氣凈化污水1500m3/h，進水懸浮物 SS≤6000～15000mg/L，要求處理后的出水懸浮物SS≤50mg/L。

表3為分別采用高效澄清器和斜板沉淀器處理污水的占地、投資對比。

表3 高效澄清器和斜板沉淀器處理污水的占地、投資對比

通過表3，我們可以看到，使用高效澄清器處理轉爐煙氣凈化的污水，其工程占地、投資、運行成本及處理效果均優于普通的斜板沉淀器，自項目投產以來，高效澄清器的出水懸浮物均能達到SS≤30mg/L，既滿足了煉鋼工藝的運行水質要求，同時減少了藥劑的使用量，可見，高效澄清器屬于節能、清潔型新設備。

4 高效澄清器的未來發展趨勢

以往國內鋼廠通常選用圓形沉淀濃縮池、平流池、斜板沉淀器等傳統辦法處理煙氣凈化污水，因為設計的表面負荷小，往往占地較大，同時經絮凝、凝聚產生的沉淀物分別以機械刮渣、刮泥的方式或螺旋輸泥機加氣力提升的方式將沉淀物排出，剩余比重較輕的顆粒雜質等只能隨出水回用或外排，從中可以看出傳統的污水處理工藝存在設備占地大、空間高度高、動力消耗大、運行費用高等不足之處，且出水效果差、機械故障多、操作維修困難。通過前文對高效澄清器的工作過程的闡述，不難看出高效澄清器充分利用設備有限的空間實現了絮凝、凝聚、沉淀以及“泥”水分離的功能，且占地緊湊、動力消耗小、運行費用低、出水效果好。用高效澄清器替代傳統的圓形沉淀濃縮池、平流池、斜板沉淀器已成為目前鋼廠水處理的發展趨勢，用最小的占地實現水處理的多項功能，是順應循環經濟發展原則的，同時我們可以看到，未來我們將進一步優化高效澄清器的水力模型，并逐步實現集混凝、絮凝、粗顆粒分離、沉淀、過濾等功能高效于一體的污水凈化處理設施，從而進一步降低提升污水的動力消耗，從而為鋼廠的節能降耗出一份力。

[1]王芴曹，鋼鐵企業給水排水設計手冊[M]，北京:冶金工業出版社.2005.

[2]王達，張炳光，新型轉爐煙氣除塵污水處理工藝的開發和利用[J]，山東冶金.2003.

[3]戴耀南、張希衡，環保工作者使用手冊[M]，北京:冶金工業出版社.1984.